Technisches Gebiet
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Bei luftverdichtenden Verbrennungskraftmaschinen kommen zunehmend
Kraftstoffeinspritzsysteme zum Einsatz, die zum Beispiel Injektoren umfassen, die über
einen Hochdrucksammelraum (Common Rail) oder Injektoren mit Druckübersetzern oder
Pumpe-Düse-Systemen mit Kraftstoff versorgt werden. Die aufgezählten
Kraftstoffeinspritzsysteme umfassen überwiegend 2/2-Wege-Ventile, die in der Regel nicht
druckausgeglichen sind.
Stand der Technik
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EP 0 987 431 A2 hat einen Kraftstoffinjektor für Verbrennungskraftmaschinen zum
Gegenstand. Der Kraftstoffinjektor umfasst eine Düsennadel, die innerhalb einer Bohrung
im Injektorgehäuse vertikal bewegbar aufgenommen ist. Eine Fläche der Düsennadel
begrenzt zum Teil eine Steuerkammer, die über eine Einschnürstelle mit einer
Versorgungsleitung in Verbindung steht. Mittels eines Steuerventils wird die Verbindung
zwischen der Steuerkammer und einem Niederdruckbereich gesteuert. Ferner ist ein Ventil
vorhanden zur Verbindung zwischen der Versorgungsleitung und dem Niederdruckbereich.
Dieses Ventil und das Steuerventil enthalten jeweils Ankerteile, die mittels eines beiden
Ventilen gemeinsamen elektromagnetischen Stellers betätigbar sind.
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EP 1 081 373 A2 hat ebenfalls einen Kraftstoffinjektor zum Gegenstand. Dieser wird in
einer Anordnung eingesetzt, die eine Kraftstoffpumpe, eine Pumpkammer und ein erstes
Ventil umfasst, wobei dieses erste Ventil die Verbindung zwischen der Pumpkammer und
einem Niederdruckbereich steuert. Der Injektor enthält eine Düsennadel, welche mit einem
Nadelsitz in Wirkverbindung bringbar ist. Eine Steuerkammer ist derart angeordnet, dass
der in dieser herrschende Fluiddruck die Düsennadel in deren Nadelsitz drängt. Mittels
eines Steuerventils wird der Fluiddruck innerhalb der Steuerkammer gesteuert. Das
Steuerventil seinerseits wird über eine Betätigungsanordnung derart gesteuert, dass bei
nicht aktivierter Betätigungsanordnung das Steuerventil eine Fluidverbindung zwischen der
Steuerkammer und dem Niederdruckbereich freigibt.
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Bei der Lösung gemäß EP 1 081 373 A2 kommen 2/2-Wege-Ventile auslassseitig in Bezug
auf einen Steuerraum zum Einsatz. Der Einsatz solcher 2/2-Wege-Ventile auf der
Einlassseite eines Steuerraumes, der einen die Düsennadel mittelbar betätigenden
Steuerkoben beaufschlagt, ist aufgrund der erforderlichen hohen Betätigungskräfte
ungünstig.
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Darstellung der Erfindung
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung stellt ein druckausgeglichenes 3/2-Wege-
Ventil bereit, welches geringe Betätigungskräfte verglichen mit dem aus dem Stande der
Technik bekannten Lösungen erfordert. Daher lässt sich die erfindungsgemäß
vorgeschlagene Lösung besonders vorteilhaft hochdruckseitig vor dem Steuerraum eines
die Düsennadel mittelbar betätigenden Steuerkolbens oder unmittelbar vor dem Steuerraum
anordnen. In vorteilhafter Ausgestaltung des Ventilkörpers des 3/2-Wege-Ventils umfasst
dieser einen Schieberabschnitt und einen Sitzabschnitt, sei es dass der Ventilkörper des
3/2-Wege-Ventils in einer Anordnung als I-Ventil oder in einer Anordnung als A-Ventil
eingesetzt wird.
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Wird das 3/2-Wege-Ventil an einem Steuerkolben eingesetzt, über welchen die Düsennadel
gesteuert wird und ist dieser Steuerkolben mit Druck beaufschlagt, kann die Einspritzdüse
auch unter Druck geschlossen werden. Mittels des 3/2-Wege-Ventiles lässt sich die
Steuerung des Drucks über dem Steuerkolben vornehmen. Sowohl die Ventilkörper des
3/2-Wege-Ventiles in I-Anordnung als auch die Ventilkörper von 3/2-Wege-Ventilen in A-
Anordnung sind mit derart konfigurierten hydraulischen Flächen versehen, dass eine
Druckausgeglichenheit des Ventilkörpers ermöglicht wird. Die Druckausgeglichenheit des
Ventilkörpers ermöglicht den Einsatz kleiner Betätigungskräfte, d. h. die erfindungsgemäß
konfigurierten Ventilkörper können mittels eines Magnetventiles ohne Zwischenschaltung
eines Druckübersetzers zur Vergrößerung der Hubwege bewegt werden. Die Ventilkörper
umfassen darüber hinaus jeweils einen Sitzabschnitt sowie einen Längsschieberabschnitt.
Mittels des Sitzabschnittes der Ventilkörper lässt sich die Hochdruckseite des 3/2-Wege-
Ventiles verschließen, so dass keine Druckverluste auftreten.
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Die Ventilkörper weisen eine geringe Masse auf und erlauben daher kürzeste Schaltzeiten;
das Erreichen geringer Schaltzeiten wird zudem durch die Druckausgeglichenheit der
Ventilkörper unterstützt. Insbesondere bei Einsatz des 3/2-Wege-Ventiles in I-Anordnung
wird die Öffnungsbewegung der Ventilnadel unterstützt, da der Ventilkörper gemäß dieser
Anordnung in den Druckraum öffnet.
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Die Bauform des Ventilkörpers mit Sitzabschnitt und Längsschieberabschnitt erlaubt eine
einfache Fertigung des Ventilkörpers in der Großserienproduktion.
Zeichnung
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender erläutert.
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Es zeigt:
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Fig. 1 eine Ausführungsvariante eines 3/2-Wege-Ventiles in A-Anordnung,
d. h. aus einem Druckraum ausfahrend,
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Fig. 2 eine weitere Ausführungsvariante eines 3/2-Wege-Ventiles in A-
Anordnung,
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Fig. 3 das schematische hydraulische Schaltbild der weiteren
Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 und
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Fig. 4 die Ausführungsvariante eines 3/2-Wege-Ventiles in I-Anordnung, d. h.
in einen Druckraum einfahrend.
Ausführungsvarianten
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Fig. 1 ist eine Ausführungsvariante eines 3/2-Wege-Ventiles zu entnehmen, welches in
A-Anordnung ausgeführt ist und einen die Düsennadel beaufschlagenden Steuerkolben
betätigt.
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In der in Fig. 1 wiedergegebenen Anordnung wird ein Steuerraum 26, der einen
Steuerraum 27 druckbeaufschlagt, mittels eines 3/2-Wege-Ventiles 5 druckentlastet bzw.
druckbeaufschlagt. Über die mittelbare Betätigung einer Düsennadel über einen
Steuerkolben 27 kann ein Schließen der Düsennadel auch unter Druck erfolgen, was bei
Einspritzvorgängen erwünscht sein kann.
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Über einen Hochdruckzulauf 1, der an einer Mündungsstelle 34 in eine Ringkammer 3
mündet, wird diese mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff vom hier nicht
dargestellten Hochdrucksammelraum (Common Rail) eines Einspritzsystemes mit Druck
beaufschlagt. Anstelle eines Hochdrucksammelraumes kann der Hochdruckzulauf 1 auch
über eine Hochdruckpumpe direkt beaufschlagt sein. Der Hochdruckzulauf 1 kann mit
einer Zulaufdrossel 2 - wie in Fig. 1 schematisch angedeutet - versehen sein. Die
Ringkammer 3 ist innerhalb des Gehäuses 4 eines Injektorkörpers ausgebildet.
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Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsvariante eines 3/2-Wege-Ventiles 5 umfasst einen
Ventilkörper 6, der einen Sitzabschnitt 7 sowie einen Längsschieberabschnitt 8 umfasst. In
der Ausführungsvariante des Ventilkörpers 6 gemäß Fig. 1 befindet sich der Sitzabschnitt
7 oberhalb des Längsschieberabschnittes 8. Oberhalb des Sitzabschnittes 7 des
Ventilkörpers 6 der Ausführungsvariante gemäß Fig. 1 ist eine Ankerplatte 9 am
Ventilkörper 6 ausgebildet, welche die Stirnfläche des Ventilkörpers 6 bildet. Oberhalb der
Ankerplatte 9, von dieser um ein Spaltmaß 10 (h) beabstandet, befindet sich ein
Spulengehäuse 12, welches eine ringförmig konfigurierte Magnetspule 11 aufnimmt. Das
Spulengehäuse 12 umfasst ferner einen hülsenförmigen Einsatz 13, der eine Druckfeder 14
umschließt. Die Druckfeder ist am oberen Ende des Spulengehäuses 12 durch eine
Einstellscheibe 15 abgestützt, der in das Innere des hülsenförmigen Körpers 13 eingelassen
ist. Das andere Ende der vorzugsweise als Spiralfeder ausgebildeten Druckfeder 14 stützt
sich auf einer Anlagefläche 16 der Ankerplatte 9 ab, die um das Spaltmaß 10 (h) von der
Stirnseite der Magnetspule 11 im Spulengehäuse 12 beabstandet ist. Das Spaltmaß 10 setzt
sich aus einem Anteil 10.1 (h1) und einem zweiten Anteil (hÜ), gekennzeichnet durch
Bezugszeichen 10.2, zusammen; mit hRL ist der Anteil des Spaltmaßes 10 bezeichnet, der
sich aus dem notwendigen Restluftspalt ergibt. Während h1 den Vorhub charakterisiert, bis
die Steuerkanten auf gleicher Höhe stehen und sich eine Dichtwirkung ergibt, ist der zweite
Anteil hÜ das Maß für die Überdeckung. Aus beiden Anteilen h1 und hÜ ergibt sich der
Gesamthub.
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Der Sitzabschnitt 7 des Ventilkörpers 6 der Ausführungsvariante des 3/2-Wege-Ventiles 5
ist innerhalb des Gehäuses 4 von einer topfförmig konfigurierten Ausnehmung 21
umschlossen. Oberhalb der topfförmigen Ausnehmung 21 zweigt, im seitlich von der
Ankerplatte 9 orientiert, ein Niederdruckablauf 17 ab, durch welchen abgesteuertes
Kraftstoffvolumen in den Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystemes, wie zum
Beispiel den Fahrzeugtank, abströmt. Innerhalb des Sitzabschnittes 7 des Ventilkörpers 6
ist ein Sitzdurchmesser 18 ausgebildet, der mit einer im Gehäuse 4 ausgebildeten
Sitzfläche 19 eines Ventilsitzes 20 zusammenwirkt. Mittels dieses Sitzabschnittes 7 kann
ein Ringraum 22 unterhalb des Sitzabschnittes 7 abgedichtet werden, so dass keine
hochdruckseitigen Druckverluste in dem Niederdruckbereich 17 des 3/2-Wege-Ventiles 5
auftreten können. Innerhalb des Gehäuses 4 des 3/2-Wege-Ventiles 5 erstreckt sich der
Ringraum 22 vom Sitzabschnitt 7 bis zu einer Steuerkante für den Längsschieberabschnitt
8. Der Längsschieberabschnitt 8 ist in einer Schieberabschnittlänge 30 ausgebildet, sein
Durchmesser 33 entspricht dem Sitzdurchmesser 18 im unteren Bereich des Sitzabschnittes
7 des Ventilkörpers 6. Die den Ringraum 22 innerhalb des Gehäuses 4 des 3/2-Wege-
Ventiles 5 begrenzenden hydraulischen Flächen 31 und 32 sind hinsichtlich ihrer
hydraulischen Flächen identisch, so dass der Ventilkörper 6 des 3/2-Wege-Ventiles
druckausgeglichen ist. Darüber hinaus zweigt vom Ringraum 22 innerhalb des Gehäuses 4
eine Steuerraumleitung 25 ab, die in der Darstellung gemäß der Ausführungsvariante
gemäß Fig. 1 drosselstellenfrei ausgebildet ist. Die Steuerraumleitung 25 mündet in einer
Steuerraumwand 29 in den Steuerraum 26. Der Steuerraum 26, der ebenfalls im Gehäuse 4
ausgebildet ist, umschließt eine obere Stirnseite 28 eines Steuerkolbens 27, mit dem eine
hier nicht dargestellte Düsennadel mittelbar betätigbar ist.
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Die im Gehäuse 4 ausgebildete Ringkammer 3 umschließt den Längsschieberabschnitt 8
des Ventilkörpers 6, wobei im oberen Bereich der Ringkammer 3 eine Ausnehmung
eingelassen ist. In diese Ausnehmung taucht die die schieberseitige Steuerkante bildende
hydraulische Fläche 32 bei Ansteuerung der Magnetspule 11 ein. Der sich aus den Anteilen
h1 und hÜ zusammensetzende Gesamthub des Ventilkörpers 6 wird schnellstmöglich
durchfahren. Durch die Bestromung der Magnetspule 11 wird die Ankerplatte 9 angezogen
und der Ventilkörper 6 nach oben bewegt. Das einem Öffnungshubweg h1 (Bezugszeichen
24) entsprechende erste Spaltmaß 10.1 wird bei Erregung der Magnetspule 11 überbrückt,
so dass der Sitzabschnitt 7 aus seinem Ventilsitz 20 ausfährt und Druck aus dem
Steuerraum 26 in die Niederdruckleitung 17 entweicht. Die Abflussmenge kann optional
durch eine hier nicht dargestellte Drossel begrenzt werden. Bei weiterem Hub der
Ankerplatte 9 des Ventilkörpers 6 gemäß eines zweiten Anteils des Spaltmaßes 10.2, d. h.
entsprechend des Hubweges hÜ (vergleiche Bezugszeichen 23, Überdeckungshub hÜ)
erfolgt eine Überdeckung der von der im Gehäuse 4 ausgebildeten Steuerkante mit der
Steuerkante der im oberen Abschnitt des Längsschieberabschnittes 8 ausgebildeten
hydraulischen Fläche 32. Entsprechend der eingestellten Überdeckung 23 hÜ wird der
Hochdruck, der in der Ringkammer 3 über den Hochdruckzulauf 1 von der
Hochdruckquelle aus ansteht, vollständig abgeschlossen. Eine auftretende Leckage aus
dem Hochdruckzulauf hat keinen Einfluss auf das Verhalten des Steuerraumes, da der
geöffnete Querschnitt des Sitzabschnittes 7 im oberen Bereich des Ventilkörpers 6 des 3/2-
Wege-Ventiles 5 demgegenüber sehr groß ist.
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Bei Abschaltung der Magnetspule 11 durch ein in Fig. 1 nicht dargestelltes Steuergerät
erfolgt die Rückstellung des Ventilkörpers 6 in die Nullstellung. Dies wird durch die
Rückstellfeder 14 erreicht, welche die an der Ankerplatte 9 ausgebildete Anschlagfläche 16
beaufschlagt und den Ventilkörper 6 der Ausführungsvariante des 3/2-Wege-Ventiles 5
gemäß Fig. 1 wieder zurückstellt.
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Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsvariante des 3/2-Wege-Ventiles 5 ist in A-
Anordnung 43 gewählt, bei welcher der Ventilkörper 6 aus dem Druckraum, hier
Ringkammer 3, ausfahrend öffnet. Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsvariante des 3/2-
Wege-Ventiles 5 ist in den Schaltstellungen druckausgeglichen, d. h. die dem Druck
ausgesetzten wirksamen hydraulischen Flächen 31 bzw. 32 am Ventilkörper 6 und daraus
resultierende Kräfte heben sich in ihrer Wirkung auf, so dass durch den Einsatz von
Magnetspulen 11 enthaltenden Elektromagneten schnelle, kurze Schaltzeiten bei
ausreichenden Hüben erreichbar sind.
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Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsvariante eines 3/2-Wege-Ventiles, ebenfalls in A-
Anordnung.
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Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante eines 3/2-Wege-Ventiles 5 sind
am Ventilkörper 40 der Sitzabschnitt 7 und der Längsschieberabschnitt 8 einander -
gegenüber der Darstellung in Fig. 1 - vertauscht.
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Gehäuse 4 des 3/2-Wege-Ventiles 5 gemäß der weiteren Ausführungsvariante in Fig. 2
mündet der Hochdruckzulauf 1 in der Ringkammer 3 des Gehäuses 4. An die Ringkammer
3 schließt sich innerhalb des Gehäuses 4 der Ringraum 22 an. Vom Ringraum 22 zweigt an
einer Mündungsstelle 35 eine Steuerraumleitung 25 ab, die optional eine Drosselstelle 48
enthalten kann. Die Steuerraumleitung 25 mündet innerhalb der Steuerraumwand 29 in den
Steuerraum 26, der teilweise von der Stirnfläche 28 des Steuerkolbens 27 begrenzt ist.
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Gemäß der weiteren Ausführungsvariante in Fig. 2 befindet sich im Bereich oberhalb der
Ringkammer 3 im Gehäuse 4 das Spulengehäuse 12 mit darin eingelassener Magnetspule
11. Analog zur Ausführungsvariante gemäß Fig. 1 ist zwischen einer mit dem
Ventilkörper 40 in Verbindung stehenden Ankerplatte 9 und der dieser zuweisenden
Stirnseite der Magnetspule 11 ein Spaltmaß 10 eingestellt, welches einen ersten
Spaltmaßanteil 10.1 sowie einen zweiten Spaltmaßanteil 10.2 umfasst (analog zur
Ausführungsvariante gemäß Fig. 1); mit hRL ist der Restluftspalt bezeichnet. Ein
verjüngter Bereich des Ventilkörpers 40 ist von einer Druckfeder 14 umschlossen, die sich
mit ihrem einen Ende an einem die Ankerplatte 9 aufnehmenden Teil des Ventilkörpers 40abstützt, während das andere Ende der Rückstellfeder 14 auf einer Federvorspannkraft-
Einstellscheibe 41 aufliegt, welche in eine Zentralbohrung des Magnetspulengehäuses 12
eingefügt ist.
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Zur Stabilisierung der zentrischen Lage des Ventilkörpers 40 sind zwischen der
Federvorspannkraft-Einstellscheibe 41 und der Ringkammer 3 an der Umfangsfläche des
Ventilköpers 40 ein oder mehrere Nuten ausgebildet.
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Analog zur Darstellung der Ausführungsvariante gemäß Fig. 1 wird in der
Ausführungsvariante des 3/2-Wege-Ventiles 5 gemäß Fig. 2 die Ringkammer 3 im
Gehäuse 4 von Längsschieberabschnitt 8 im Wesentlichen durchsetzt, an welchem eine in
eine Bohrung innerhalb des Gehäuses einfahrende kegelförmig konfigurierte hydraulische
Fläche 32 ausgebildet ist. Dieser hydraulischen Fläche 32 des Längsschieberabschnittes 8
liegt am unteren Ende des Ventilkörpers 40 ein Sitzabschnitt 7 gegenüber, der seinerseits
eine hydraulische Fläche 31 umfasst. Mittels des Sitzabschnittes 7 wird entsprechend des
durch die Magnetspule 11 eingestellten Hubs des Ventilkörpers 40 innerhalb des Gehäuses
4 der Ventilsitz 20 geschlossen, so dass ein Abströmen von Hochdruck über den Ringraum
22 in den Leckölablauf 44 ausgeschlossen ist. Unterhalb der Stirnseite des Sitzabschnittes
7 ist ein plattenförmiger Einsatz 47 dargestellt, der den Maximalhub, d. h. eine das
Spaltmaß 10 übersteigende vertikale Hubbewegung des Ventilkörpers 40 innerhalb des
Gehäuses 4 verhindert.
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Entsprechend der Erregung der Magnetspule 11, d. h. je nach Stärke der Magnetkraft, fährt
der Ventilkörper 40 in die Bohrung innerhalb des Gehäuses 4 ein. Bei einer
Einfahrbewegung entsprechend des 1. Spaltmaßanteiles 10.1 kommt es zu einem Öffnen
des Ventilsitzes 20 im Sitzabschnitt 7 des Ventilkörper 40, so dass der Steuerraum 26
leckölseitig entlastet wird. Es erfolgt eine Abwärtsbewegung des Ventilkörpers 40 des 3/2-
Wege-Ventiles 5 gemäß der weiteren Ausführungsvariante in Fig. 2 in Richtung auf den
den Maximalhub begrenzenden Einsatz 47. Bei einer vertikalen Abwärtsbewegung
entsprechend des zweiten Spaltmaßanteiles 10.2 kommt es zwischen dem
Sitzschieberabschnitt 8, bzw. der an diesem ausgebildeten hydraulischen Fläche 32 und
einer gehäuseseitigen Steuerkante 46 zu einer Überdeckung in einer
Überdeckungshublänge 23 (hÜ). Die Kante 45 der hydraulischen Fläche 32 im unteren
Bereich des Sitzschieberabschnittes 8 des Ventilkörpers 40 dichtet bei Überdeckung der
gehäuseseitigen Steuerkante 46 entsprechend des Überdeckungshubes 23 den
Hochdruckzulauf 1, die Ringkammer 3 gegen den Ringraum 22 innerhalb des Gehäuses 4
ab. Wird die Magnetspule 11 im Spulengehäuse 12 abgeschaltet, folgt die Rückstellung des
Ventilkörpers 2 aufgrund der Wirkung der Rückstellfeder 14 welche zwischen Ankerplatte
9 und Stützscheibe 41 am Gehäuse 4 eingelassen ist und den im unteren Bereich des
Ventilkörpers 40 ausgebildeten Sitzabschnitt 7 in seine gehäuseseitige Sitzfläche 19
einfährt. In dieser Nullstellung des 3/2-Wege-Ventiles 5, gemäß der Ausführungsvariante
in Fig. 2, ist der Leckölablauf 44 verschlossen.
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Auch die in Fig. 2 dargestellte weitere Ausführungsvariante eines 3/2-Wege-Ventils ist in
A-Ventil-Anordnung ausgebildet, d. h. der Ventilkörper 40 öffnet aus einem Druckraum,
im vorliegenden Falle der Ringkammer 3 innerhalb des Gehäuses 4. Zur Herbeiführung
eines Druckausgleiches entsprechen der Sitzdurchmesser 18 des Sitzabschnittes 7 des
Ventilkörpers 40 und der Durchmesser des Längsschieberabschnittes 8 des Ventilkörpers
40 einander.
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Fig. 3 zeigt das schematisch vereinfachte, hydraulische Schaltbild der weiteren
Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 und optional vorzusehende Drosselstellen.
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In Fig. 3 ist das 3/2-Wege-Ventil als schematisches Blockschaltbild wiedergegeben. Dem
Hochdruckzulauf 1 ist optional eine Drosselstelle 2 zugeordnet, ebenso wie die in dieser
gegenüberliegenden Steuerraumzuleitung 25 eine optional vorsehbare Drosselstelle 48
integriert sein kann, mit welchem während der Druckentlastung des Steuerraumes 26 in
den Niederdruckbereich 17 die abströmende Kraftstoffmenge begrenzbar ist. Die
Steuerraumleitung 25 mündet an einer oberen Begrenzungswand 29 in den Steuerraum 26.
Der Steuerraum 26 wird teilweise von der Stirnfläche 28 des Steuerkolbens 27 bzw. einer
Düsennadel begrenzt. Bei der Ausführung des Steuerkolbens 27 als ein der Düsennadel
vorgeschalteter Kolben, kann die Düse geschlossen bleiben bzw. kann auch unter Druck
geschlossen werden. Die Steuerung des Druckes über dem Kolben 27 ist die Aufgabe des
3/2-Wege-Ventiles 5. In der Darstellung gemäß Fig. 3 ist darüber hinaus der
Niederdruckablauf 17 eingezeichnet, über welche vom Steuerraum 26 abfließende
Absteuermenge in einen hier nur schematisch wiedergegebenen Niederdruckbereich eines
Kraftfahrzeuges wie z. B. einen Kraftstofftank zurückströmt.
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Fig. 4 zeigt die Ausführungsvariante eines 3/2-Wege-Ventiles in I-Anordnung, d. h. ein
Ventil, welches in den Druckraum einfährt.
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Gemäß dieser Ausführungsvariante einer I-Ventil-Anordnung 50 eines 3/2-Wege-Ventiles
5, befinden sich dessen Sitzabschnitt 7 bzw. dessen Längsschieberabschnitt 8 gemeinsam
am unteren Endbereich eines Ventilkörpers 51 des 3/2-Wege-Ventiles 5. Im oberen
Bereich des Ventilkörpers 51 ist eine Magnetspule 11 aufgenommen, die von einem
Spulengehäuse 12 umschlossen ist. In einem Spaltmaß 10 (h) ist eine Ankerplatte 9 des
Ventilkörpers 51 von der unteren Stirnseite der Magnetspule 11 beabstandet. Der
Gesamthub zwischen der der Ankerplatte zuweisenden Stirnseite der Magnetspule 11 und
der Ankerplatte 9 ist durch den Doppelpfeil 10 gekennzeichnet und setzt sich aus einem
ersten Spaltmaß 10.1 und einem zweiten Spaltmaß 10.2 zusammen. Das erste Spaltmaß
10.1 entspricht dem Öffnungshub h1, auch Bezugszeichen 23, während das zweite
weiterhin angegebene Spaltmaß 10.2 dem Hub hÜ entspricht.
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Im mittleren Bereich des Ventilkörpers 51 des 3/2-Wege-Ventiles 5 in I-Anordnung 51
liegen beidseits eine Ringkammer 22 innerhalb des Gehäuses 4 hydraulische Flächen 31
bzw. 32 einander gegenüber. Durch die Ausbildung der hydraulischen Flächen 31 und 32
in identischer Fläche ist eine Druckausgeglichenheit des Ventilkörpers 51 des 3/2-Wege-
Ventiles 5 erzielbar, welcher geringste Stellkräfte und kürzeste Schaltzeiten ermöglicht.
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Gemäß dieser Ausführungsvariante wird die Entlastung des Steuerraumes 26 über die
Steuerungzuleitung 25 in den Niederdruck 17 bei Ansteuerung des als Aktor dienenden
Elektromagneten 11 gemäß eines Öffnungshubes h1 (Bezugszeichen 24) eingeleitet. In
diesem Zustand öffnet der Kegelsitz 52 im unteren Bereich des Ventilkörpers 51, während
der Hochdruckzulauf durch Auffahren der hydraulischen Fläche 32 im oberen Bereich des
Längsschieberabschnittes 8 des Ventilkörpers 51 in den Ringraum 22 den Hochdruckzulauf
1 verschließt. Je größer das Maß der Überdeckung 24 hÜ desto dichter ist der Abschluss der
Ventilräume 3 gegen den anstehenden Hochdruck. Wird der Ventilkörper 51 bei Erregung
der Magnetspule 11 entsprechend des Öffnungshubes h1 (Bezugszeichen 24) geöffnet, fährt
der Sitzdurchmesser 18 des Kegelsitzes 52 nach oben in der Ringkammer 3 auf, so dass
Kraftstoff vom Steuerraum 26 über die Steuerraumleitung 25 und die Ringkammer 3 in den
Niederdruckbereich 17 abzuströmen vermag.
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Die in Fig. 4 dargestellte I-Ventil-Anordnung 50 des erfindungsgemäß konfigurierten 3/2-
Wege-Ventiles 5, erlaubt darüber hinaus ein Öffnen in den Druckraum wodurch die
Öffnungsbewegungen von Ventilnadeln bzw. Steuerraum 27 unterstützt werden, was die
Schaltzeiten zusätzlich verkürzt.
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Bei beiden Varianten, d. h. A-Ventil-Anordnung 43 bzw. I-Ventil-Anordnung 50 sind die
Ventilkörper 6, 40, 51 in den jeweiligen Schaltstellungen des 3/2-Wege-Ventiles 5
druckausgeglichen. Die dem Druck jeweils ausgesetzten Flächen 31, 32 und daraus
resultierende Stellkräfte heben sich in ihrer Wirkung auf. Die Betätigung des
vorgeschlagenen 3/2-Wege-Ventiles 5 kann einerseits durch einen Aktor erfolgen, der als
Magnetspule 11 ausgebildet ist, andererseits lassen sich durchaus auch an weitere
schnellschaltende Aktoren z. B. Piezoaktoren einsetzen. Bei Piezoaktoren ist zur
Sicherstellung eines ausreichenden Hubes 10, welcher den Teil über Öffnungshub h1 (24)
und Überdeckungshub hÜ (Bezugszeichen 23) abdeckt, für eine Übersetzung hinsichtlich
des Erreichens des erforderlichen Hubweges Sorge zu tragen, beispielsweise in Gestalt
eines Druckübersetzers oder dergleichen.
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Die erfindungsgemäß beschaffenen 3/2-Wege-Ventile 5 lassen sich an solchen Injektoren
einsetzen, an denen der Düsennadelhub gesteuert wird, wie z. B. Common Rail Injektoren
oder Pumpe-Düse-Einheiten.
Bezugszeichenliste
1 Hochdruckzulauf
2 Drosselstelle
3 Ringkammer
4 Gehäuse
5 3/2-Wege-Ventil
6 Ventilkörper
7 Sitzabschnitt
8 Längsschieberabschnitt
9 Ankerplatte
10 Spaltmaß h
10.1 erster Anteil Spaltmaß h1
10.2 zweiter Anteil Spaltmaß hÜ
11 Magnetspule
12 Spulengehäuse
13 Hülse
14 Rückstellfeder
15 Einstellscheibe
16 Anlagefläche Rückstellfeder
17 niederdruckseitiger Ablauf
18 Sitzdurchmesser
19 Sitzfläche
20 Ventilsitz
21 Topf
22 Ringraum
23 Überdeckungshub hÜ
24 Öffnungshub h1
25 Steuerraumleitung
26 Steuerraum
27 Steuerkolben
28 Stirnfläche
29 Steuerraum Begrenzungswand
30 Schieberabschnittlänge
31 hydraulische Fläche Sitzseite
32 hydraulische Fläche Schieberseite
33 Durchmesser Schieberabschnitt
34 Mündungszulauf
35 Mündungssteuerraum Leitung
40 Ventilkörper
41 Federvorspannkraft-Einstellscheibe
42 Dichtring
43 A-Ventil
44 Leckölablauf
45 Steuerkante Schieberabschnitt
46 Steuerkante Gehäuse
47 Maximalhubbegrenzung
48 Ablaufdrosselstelle
50 I-Ventil (in den Druckraum öffnend)
51 Ventilkörper
52 Kegelsitz
hRL Restluftspalt
hges Gesamthub